RU2270516C2

RU2270516C2 - ELECTRICAL-MACHINE THREE-PHASE DOUBLE-LAYER WINDING WITH 2p=10c POLES IN z=48c SLOTS

Info

Publication number: RU2270516C2
Application number: RU2004104312/09A
Authority: RU
Inventors: Турсун Абдалимович Ахунов (RU); Турсун Абдалимович Ахунов; Лев Николаевич Макаров (RU); Лев Николаевич Макаров; Виктор Иванович Попов (RU); Виктор Иванович Попов; Юрий Николаевич Петров (RU); Юрий Николаевич Петров
Original assignee: Открытое акционерноеобщество Ярославский электромашиностроительный завод - ОАО "ELDIN" (ЭЛДИН); Волжская государственная инженерно-педагогическая Академия - ВГИПА
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2006-02-20
Also published as: RU2004104312A

Abstract

FIELD: electrical and electromechanical engineering; three-phase induction and synchronous machines.

SUBSTANCE: proposed three-phase double-layer lap winding with 2p = 10c poles in z= 48c slots and coils grouped in row 4 3 3 3 3 3 repeated 3c times is made of 15c coil groups numbered 1G through 15(c)G at integer number c = 1, 2, 3, ... Novelty is that in order to reduce differential dissipation σ_d of electrical-machine m' = three-band fractional-pitch (q = 16/5) lap winding, concentric four-coil group 1G out of groups 1G through 5G of first grouping has pitches y_si = 8, 6, 4, 2 of coils having turn numbers (1 - x)w_c, w_c, w_c, (1 - x)w_c, respectively, and three-coil groups 3G, 4G have pitches y_si = 7, 5, 3 of coils with turn number (1 - x)w_c, (1 + x)w_c, w_c, respectively; coil groups 2G, 5G have slot pitches y_s = 5 of coils with turn numbers w_c, (1 + x)w_c, (1 - x)w_c, for coil group 2G and (1 - x)w_c, (1 + x)w_c, w_c for coil group 5G, mentioned distribution of coils with unequal turn number being repeated in each next grouping, where x = 0.51 is index of turn number inequality of phase groups.

EFFECT: reduced differential dissipation in electrical-machine fractional-pitch lap winding.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин, фазном роторе асинхронных двигателей (АД).The invention relates to three-phase windings of electrical AC machines, can be used on a stator of three-phase asynchronous and synchronous machines, a phase rotor of asynchronous motors (HELL).

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из m′p катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при их среднем шаге по пазам у_п≈z/2p и числе пазов на полюс и фазу q=z/m′p целом или дробном, где m′- число фазных зон на пару полюсов, равное m′=m=3-трехзонные, или m′=2m=6-шестизонные обмотки [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. Дробные обмотки при q=z/m′p=N/d и d≥4 создают гармонические МДС по ряду ν=m′k/d±1 [там же, с.450], в том числе и низшие (ν<1) при значительном возрастании дифференциального рассеяния σ_д, где ±k - целое число, дающее порядок гармонической ν>0 при ее прямом (+) или встречном (-) вращении.Known double-layer loop symmetric m = 3-phase windings are known, performed by 2-pole in z grooves from m′p coil groups with equal-step or concentric coils with their average step in grooves at _n ≈ z / 2p and the number of grooves per pole and phase q = z / m′p whole or fractional, where m′- the number of phase zones per pair of poles, equal to m ′ = m = 3-three-zone, or m ′ = 2m = 6-six-zone windings [A. Voldek Electric cars. L .: Energy, 1978, S. 392-393]. Fractional windings with q = z / m′p = N / d and d≥4 create harmonic MDS in the series ν = m′k / d ± 1 [ibid, p. 450], including the lowest ones (ν <1 ) with a significant increase in the differential scattering σ _d , where ± k is an integer giving the order of the harmonic ν> 0 with its direct (+) or counter (-) rotation.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния σ_д m′=3-зонной дробной симметричной обмотки при 2р=10·с полюсах, z=-48·с пазах (q=z/3p=16/5, d=5)c группировкой катушек по ряду 4 3 3 3 3 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/Пер. с англ. М. - Л.: ГЭИ, 1959, с.224], эквивалентной m′=6-зонной обмотке при q′=z/6p=q/2=8/5 с группировкой 2 2 1 2 1, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа катушечных групп, где с=1, 2, 3,... - целое число.The invention aims to reduce differential scattering σ _d m ′ = 3-zone fractional symmetrical winding at 2p = 10 · with poles, z = -48 · with grooves (q = z / 3p = 16/5, d = 5) with a group coils in a row 4 3 3 3 3 [Livshits-Garik M. Windings of AC machines / Trans. from English M. - L .: SEI, 1959, p.224], equivalent to m = 6-zone winding at q = z / 6p = q / 2 = 8/5 with the grouping 2 2 1 2 1, but it is simpler in manufacture due to half the number of coil groups, where c = 1, 2, 3, ... is an integer.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-х слойной обмотки при 2р=10·с, z=48·с с группировкой 4 3 3 3 3, повторяемой 3·с раза, выполняемой из 3р=15·с катушечных групп с номерами 1Г...15(с)Г: в группах 1Г...5Г первой группировки концентрические четырехкатушечная группа 1Г имеет шаги катушек у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_k, w_k, w_k, (1-x)w_k и трехкатушечные 3Г, 4Г - у′_пi=7, 5, 3 с числами витков (1-x)w_k, (1+x)w_k, w_k, а 2Г, 5Г - у_п=5 с числами витков w_k, (1+x)w_k, (1-x)w_k для 2Г и (1-)w_k, (1+x)w_k, w_k для 5Г, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,... - целое число и х=0,51.The solution of this problem is achieved by the fact that for a three-phase 2-layer winding at 2p = 10 · s, z = 48 · s with a group of 4 3 3 3 3, repeated 3 · s times, performed from 3p = 15 · s coil groups with by numbers 1G ... 15 (s) G: in groups 1G ... 5G of the first grouping, the concentric four-coil group 1G has coil steps at _pi = 8, 6, 4, 2 with the number of turns (1-x) w _k , w _k , w _k , (1-x) w _k and three-coil 3G, 4G - у _pi = 7, 5, 3 with the number of turns (1-x) w _k , (1 + x) w _k , w _k , and 2Г 5Г - у _п = 5 with the number of turns w _k , (1 + x) w _k , (1-x) w _k for 2Г and (1-) w _k , (1 + x) w _k , w _k for 5Г wherein said distribution of unequal coils is repeated appears in each subsequent grouping, where c = 1, 2, 3, ... is an integer and x = 0.51.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при c=1, 2p=10, z=48 с номерами 1...48 и 15 катушечных группах с номерами 1Г...15Г (размечены группы 1Г, 4Г, 7Г, 10Г, 13Г первой фазы), чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего, X, Y, Z нижнего слоев, где зачерненные пазы содержат (2-x)w_k витков при 2w_k витках во всех остальных пазах, а на фиг.2 и 3 построены (по треугольной сетке) ее многоугольники МДС при х=0 (фиг.2) и х=0,5 (фиг.3). Такая m′=3-зонная обмотка соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении групп: 1Г, 4Г, 7Г, 10Г, 13Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 6Г, 9Г, 12Г, 15Г, 3Г с началом из 6Г в фазе II; 11Г, 14Г, 2Г, 5Г, 8Г с началом из 11Г в фазе III; фазы могут сопрягаться звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=10с=20,30,... полюсов при z=48c=96, 144 пазах.Figure 1 shows a scan of the groove layers of the proposed winding at c = 1, 2p = 10, z = 48 with numbers 1 ... 48 and 15 coil groups with numbers 1G ... 15G (marked groups 1G, 4G, 7G, 10G 13G of the first phase), by alternating phase zones in the sequence ABC of the upper, X, Y, Z lower layers, where the blackened grooves contain (2-x) w _k turns at 2w _k turns in all other grooves, and in FIG. .2 and 3 are constructed (along a triangular grid) its MDS polygons at x = 0 (Fig. 2) and x = 0.5 (Fig. 3). This m ′ = 3-zone winding is connected in the usual way with the series-consonant inclusion of the groups: 1G, 4G, 7G, 10G, 13G with the beginning of the phase from the beginning of 1G in phase I; 6G, 9G, 12G, 15G, 3G with the beginning of 6G in phase II; 11G, 14G, 2G, 5G, 8G with the beginning of 11G in phase III; phases can be conjugated by a star or a triangle. At c = 2, 3, ... the winding has 2p = 10s = 20.30, ... poles at z = 48c = 96, 144 grooves.

Для обмотки фиг.1 при q=16/5 (N=16, d=5), y_пi=8, 6, 4, 2 для группы 1Г, y′_пi=7, 5, 3 для 3Г, 4Г и у_п=5 для 2Г, 5Г (У_k=5) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°y_k/τ_п) при τ_п=z/2p=4, 8, распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_об.о=К_уК_р=0,82581. Для неравновитковых катушек к K_об.o добавляется зависимое от показателя неравновитковости х групп фазы значение, при оси симметрии в 1Г и сдвигах относительно нее на ±1,5α_п=1,5·360°/z=11,25° групп 7Г, 10Г и ±0,5α_п=3,75° групп 13Г, 4Г: х{-2(0,50+0,60876)+х0,99786[-cos(1,5α_п 5α_п)+cos1,5α_п]+2(0,99786-0,75184)cos0,5α_п)}=x0,02373 при K_yi=sin(90°y_пi/τ_п)=0,50(у_пi=8), 0,60876(у_пi=2), 0,99786(у_п=5), 0,75184(у′_пi=3), тогда К_об при К_об.о·N=13,2130 равен:For the winding of Fig. 1 with q = _16/5 (N = 16, d = 5), y _pi = 8, 6, 4, 2 for the group 1G, y ′ _pi = 7, 5, 3 for 3G, 4G and y _n = 5 for 2G, 5G (Y _k = 5) winding coefficient K _vol.o for equal-coil coils (x = 0) in terms of shortening coefficients K _y = sin (90 ° y _k / τ _n ) at τ _n = z / 2p = 4, 8, the distribution of K _p = sin (60 °) / Nsin (60 ° / N) is equal to K _vol.o = K _for K _p = 0.82581. For unequal coils, a _value dependent on the non- _uniformity index of the x phase groups is added to K _r.o. , with a symmetry axis of 1 G and shifts of ± 1.5α _n = 1.5 · 360 ° / z = 11.25 ° of 7G groups relative to it, 10G and ± 0.5α _n = 3.75 ° of groups 13G, 4G: x {-2 (0.50 + 0.60876) + x0.99786 [-cos (1.5α _n 5α _n ) + cos1.5α _n ] +2 (0.99786-0.75184) cos0.5α _n )} = x0.02373 for K _yi = sin (90 ° y _pi / τ _p ) = 0.50 (for _pi = 8), 0.60876 (y = 2 _pi) 0.99786 (y _n = 5) 0.75184 (y _'pi = 3), then K at _about _ob.o K · N = 13,2130 is:

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 (в центре показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) определяется по соотношениямFrom the MDS polygons of FIGS. 2 and 3 (in the center, the unit current vectors of the phase zones A-Z-B-X-C-Y are shown) is determined by the relations

коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...N пазовых точек, R_o - радиус окружности для гармонической ν=1 [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55]:differential scattering coefficient σ _d , characterizing the quality of the winding by the harmonic composition of its MDS, where R ² _d is the square of the average radius j = 1 ... N of the groove points, R _o is the radius of the circle for harmonic ν = 1 [Popov V.I. Determination and optimization of the parameters of three-phase windings along the MDS polygons // Electricity, 1997, No. 9, p. 53-55]:

тогда по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,51,соответствующее σ_д%мин: при x_опт=0,51-z_э=3(N-2x)=3·14,98=44,94 - эквивалентное число полностью заполненных пазов, К_об=0,88285, R² _д=107,002//16, R_о=z_эК_об/рπ=44,94·0,88285/5π и σд_%мин=4,83, а при х=0-σ_д%=9,92, т.е. σ_д% при х_опт=0,51 снижается в 9,92/4,83=2,05 раза из-за устранения низшей ν=1/5 гармонической МДС; с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,88285/0,82581 )(9,92/4,83)(z_э/z)=2,06.then, according to (1) - (3), from the condition d (σ _d ) / d (x) = 0, the optimal x _opt = 0.51 is calculated, which corresponds to σ _{d% min} : for x _opt = 0.51-z _e = 3 (N-2x) = 3 · 14.98 = 44.94 is the equivalent number of completely filled grooves, K _r = 0.88285, R ² _d = 107.002 // 16, R _o = z _e K _r / pπ = 44, 94.88285 / 5π and σd _{% min} = 4.83, and at x = 0-σ _d% = 9.92, i.e. σ _d% at x _opt = 0.51 decreases by 9.92 / 4.83 = 2.05 times due to the elimination of the lower ν = 1/5 harmonic MDS; taking into account the increase in K _about its effectiveness is equal to K _eff = (0.88285 / 0.82581) (9.92 / 4.83) (z _e / z) = 2.06.

Отметим, что m′=6-зонной обмотке при 2р=10, z=48, q=z/6p=8/5 и у_п=4 соответствуют параметры К_об=0,9231 и σ_д%=5,26, т.е. обмотка по фиг.1 при х_опт=0,51 превосходит ее в 5,26/4,83=1,09 раза.Note that m '= 6-winding band when 2p = 10, z = 48, q = z / 6p = 8/5 and _n = 4 correspond to the parameters _of K = 0.9231 and σ _d = _5.26%, those. the winding of figure 1 with x _opt = 0.51 exceeds it by 5.26 / 4.83 = 1.09 times.

Таким образом, предлагаемая m′=3-зонная обмотка характеризуются повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,06 раза в сравнении с равновитковой; она проще m′=6-зонной обмотки в технологичности изготовления из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп, превосходит ее по дифференциальному рассеянию в 1,09 раза.Thus, the proposed m ′ = 3-zone winding is characterized by an increased K _rev , a decreased σ _d% and more efficient K _eff = 2.06 times in comparison with an equal-turn winding; it is simpler than the m ′ = 6-zone winding in manufacturability due to the half as many (3p) coil groups, it exceeds the differential scattering by 1.09 times.

Claims

A three-phase two-layer electric machine winding with the number of poles 2p = 10 s in z = 48 s grooves with a grouping of coils in a row 4 3 3 3 3, repeated 3 s, performed from 3 p s = 15 s of coil groups with numbers 1Г ... 15 ( c) D, characterized in that in the coil groups 1G ... 5G of the first grouping, the concentric four-coil group 1G has steps y _pi = 8, 6, 4, 2 coils with the number of turns (1-x) w _k , w _k , w _k , (1-x) w _k, respectively, three-coil groups 3G, 4G have steps y _pi = 7, 5, 3 coils with the number of turns (1-x) w _k , (1 + x) w _k , w _k, respectively and coil groups 2G, 5G have steps at _n = 5 cat ears with the number of turns wk, (1 + x) w _k , (1-x) w _k , for the coil group 2G and (1-) w _k , (1 + x) w _k , w _k for the coil group 5G, and the indicated distribution of unequal coils is repeated in each subsequent grouping, where c = 1, 2, 3, ... is an integer; x = 0.51 is an indicator of the non-uniformity of the phase group.